افزایش برداشت نفت بوسیله میکروب‌ها

مقدمه:
تولید نفت از یک مخزن نفتی طی سه مرحله صورت می‌گیرد، در مرحله اول نفت با استفاده از فشار داخل مخزن تولید می‌شود. به تدریج و با گذشت زمان و تولید از مخزن از میزان فشار مخزن کاسته شده و پیرو آن تولید نفت مخزن نیز رو به کاهش خواهد گذاشت. به این ترتیب مخزن به مرحله دوم تولید خود وارد می شود در این مرحله برای حفظ تولید از مخزن باید از فرآیندهای افزایش یا حفظ فشار استفاده نمود. مهمترین روش‌هایی که در این مرحله به کار گرفته می‌شود، روش‌های تزریق آب، تزریق گاز و تزریق دوره‌ای بخار آن می‌باشد. در پایان مرحله دوم نیز تولید نفت مخزن، هنوز حجم زیادی از نفت در مخزن باقی مانده است که روش‌های متنوعی برای تولید آن استفاده می‌گردد. این مرحله از تولد مرحله سوم تولید نفت می‌باشد، در این مرحله از روش‌های مختلف، همچون تزریق گازهایی مانند دی‌اکسید کربن و ازت‌، تزریق مواد شیمیایی، روش‌های حرارتی، روش‌های میکروبی و … استفاده می‌شود.

به طور کلی روش‌های تولید نفت در مرحله دوم و سوم فرآیند ازدیاد برداشت می‌نامند. به علت باقی ماندن حدود سی‌ الی هفتاد درصد نفت در مخازن، بعد از به کارگیری روش‌های داخلی اولیه و ثانویه برداشت نفت، گران بودن هزینه‌های تزریق مواد شیمیایی و گاز، افزایش هزینه‌های اکتشاف و گسترش حدود و مرزهای میدان‌های نفتی، تاکید زیادی روی شناخت و بکارگیری روش‌های جدید برداشت نفت شده است. از این رو طی سال‌های اخیر کوشش‌های فراوانی در جهت پیدا کردن روش‌های مناسب تر و موثر‌تر صورت گرفته است که از میان آنها می‌توان به روش افزایش برداشت نفت به کمک میکروب‌ها MEOR اشاره کرد.

ازدیاد برداشت بوسیله میکروب‌ها (Microbial Enhance Oil Recovery):
ازدیاد برداشت بوسیله میکروب‌ها MEOR به همه تکنیک‌های ازدیاد برداشت که در آنها به نوعی از میکروارگانیسم‌ها یا تولیدات آنها استفاده می‌شود، اطلاق می‌گردد. پیشرفته‌های اخیر در شناخت و غربال‌گری میکروارگانیسم‌ها و نیز تولید انبوه آنها، روش MEOR را به عنوان جایگزینی مناسب برای بسیاری از روش‌های مرسوم ازدیاد برداشت معرفی کرده است. بعلاوه مزیت‌هایی مانند هزینه‌های کمتر از این روش‌ به نسبت سایر روش‌ها، وجود کارکردهای متفاوت این فناوری‌ در مخزن و کمک به حفاظت از محیط زیست از عوامل توجه به این تکنولوژی می‌باشد. در ادامه ضمن ارائه تاریخچه‌ای مختصر از این روش به برخی کاربردها و محدودیت‌های به کارگیری آن اشاره خواهد شد.

 تاریخچه روش ازدیاد برداشت بوسیله میکروب‌ها MEOR
بررسی‌های اولیه بکارگیری روش‌های میکروبی در تولید نفت به سال ۱۹۲۶ بر می‌گردد. در این سال بکمن (Bekman) دریافت که به وجود اصطکاک و جاذبه بین سنگ و نفت بخش زیادی از نفت بعد از توقف تولید چاه در مخزن باقی می‌ماند، و ایده استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای کاهش وسیکوزیته نفت باقی مانده را مطرح نمود. علی‌رغم وجود سابقه هفتاد ساله از این ایده، استفاده از آن در صنایع نفت، به دلیل عدم وجود سازوکار مناسب برای انتقال این تکنولوژی به صنعت، به دهه‌های اخیر بر می‌گردد.
در ابتدای سال ۱۹۹۰، Brown نتایجی روی مقیاس وسیع و کاربرد میدانی روش MEOR روی ۱۴۶ چاه گزارش نمود و در واقع این طرح، اولین طرح MEOR بوده که در مقیاس وسیع و در سطح تجاری بکار گرفته شده است. در سال ۱۹۹۲ استفاده از روش MEOR در میدان‌های نفتی Romashkinskye موجب افزایش ۱۵ تا ۴۵% در کل تولید نفت شده است. در سال‌های اخیر نتایج بسیار خوبی از بکارگیری این روش در میادین نفتی چندین کشور گزارش شده است، به طور مثال استفاده از این روش در مخازن دلتاییک اوکلاهاما در آمریکا موجب تغییر تراوایی مخزن و افزایش برداشت از ۶۹۰۰۰ بشکه به حدود ۴۰۰۰۰۰ تا ۶۰۰۰۰۰بشکه گردیده است. به کارگیری این روش در میادین نفتی در اندونزی نیز موجب افزایش برداشت نفت ازاین میادین گردیده است. همچنین مطالعات متخصصین عربستان نشان داده است که با استفاده از این روش در مخازن این کشور می‌توان ۳۰ درصد نفت باقی مانده در مخزن را تولید نمود.

نقش میکروارگانیسم در ازدیاد برداشت از مخازن:
میکروارگانیسم به روش‌های مستقیم یا غیر مستقیم می‌توانند موجب افزایش برداشت نفت گردند این روش‌ها عبارتند از:
۱- تولید گاز: گازهای حاصل از متابولیسم میکروب‌ها در مخزن شامل آمونیاک، متان، نیتروژن و دی اکسید کربن می‌تواند موجب افزایش فشار مخزن و کاهش وسکوزیته نفت گردد.
۲- تولید اسید: اسید تولیدی توسط برخی میکروارگانیسم‌ها موجب حل شدن سنگ مخزن و در نتیجه افزایش تراوایی مخزن گردد.
۳- بستن شکاف‌ها: باکتری‌ها با تولید فیلم و بستن شکافها و کانال‌های بزرگ موجب مهاجرت آن به منافذ ریزتر شده و در نتیجه خروج نفت از این منافذ و افزایش برداشت خواهد شد.
۴- شکست مولکول‌های بزرگ: برخی از باکتری‌ها از خود هیدروکربن برای تغذیه استفاده می‌کنند که این امر موجب سبک شدن نفت و کاهش گرنروی آن و در نتیجه افزایش برداشت خواهند شد.
۵- تغییر ترشوندگی سنگ: طبق تعریف ترشوندگی تمایل یک سیال برای پخش شدن یا چسبیدن به سطح جامد می‌باشد. باکتری‌ها با تولید مواد فعال سطحی موجب تغییر ترشوندگی می‌گردند.

مزایا و محدودیت‌های استفاده از روش MEOR:
روش MEOR نیز مانند سایر روش‌های ازدیاد برداشت دارای مزایا و محدودیت‌هایی است که در ادامه به برخی از مزایا و محدودیت‌های این روش اشاره می‌شود.

مزایای روش MEOR:
۱- کاربرد روش MEOR در مقایسه با سایر روش‌های نظیر تزریق گاز ساده‌تر بوده و با استفاده از تجهیزات به کار گرفته شده در عملیات سیلابزنی قابل انجام است.
۲- هزینه‌های تزریق میکروب به مخازن معمولا پایین است و همچنین استفاده از این روش نیاز به صرف انرژی زیادی ندارد.
۳- از آنجایی که بهترین انتخاب برای تزریق میکروب به یک مخزن خاص، میکروبی است که از خود مخزن حاصل شده باشد، با شناسایی دقیق و مطالعه میکروارگانیسم‌های موجود در مخزن می‌توان بهترین میکروب‌ برای انجام عملیات ازدیاد برداشت را انتخاب نموده، به این ترتیب نیازی به ورودی میکروب از خارج وجود ندارد.
۴- فرآیند MEOR به راحتی قابل کنترل است و می‌توان با کنترل شرایط زیست میکروب عملیات را به صورت دلخواه پیش‌برد.
۵- روش میکروبی در مخازن ماسه سنگی و مخازن آهکی قابل استفاده است. البته بیشتر مطالعات صورت گرفته در دنیا بر روی مخازن ماسه سنگی صورت گرفته است اما مواردی از کاربرد این روش در مخازن آهکی نیز گزارش شده است.
۶- می‌توان از ضایعات و پساب‌های سایر صنایع مانند ملاس کارخانه‌های تولید شکر به عنوان خوراک مصرفی میکروب‌ها استفاده نموده و به این ترتیب ضمن کنترل آلودگی‌های زیست محیطی، ناشی از ورود این پسابها آبهای جاری، برداشت از مخازن را نیز افزایش داد.
۷- برخلاف برخی روش‌های ازدیاد برداشت که برای نوع خاصی از نفت قابل استفاده هستند، این روش برای گستره وسیعی از نفت‌های خام سبک و سنگین قابل استفاده است.

محدودیت‌های روش MEOR:
مهمترین محدودیت که در استفاده از MEOR با آن مواجه هستیم این است که در این روش برخلاف سایر روش‌های ازدیاد برداشت با موجود زنده روبرو هستیم و به ناچار باید شرایط رشد و ادامه حیات را برای آن فراهم کنیم. به این ترتیب این روش در مخازنی قابل استفاده است که در آن حداقل شرایط مورد نیاز برای رشد میکروب فراهم باشد. به طور کلی روش میکروبی ازدیاد برداشت در مخازن با دمای بالا (بالاتر از ۵۰ درجه سانتیگراد) و یا مخازن با درجه شوری آب زیاد کاربرد ندارد. البته برخی از میکروب‌ها هستند که در مقابل دما و شوری بیشتری نشان می‌دهند اما به طور کلی این دو عامل، عواملی هستند که استفاده از این روش را محدودیت روبرو می‌کنند. به طور کلی برای استفاده از این روش مخزن باید شرایط زیر را داشته باشد:
۱٫ دمای مخزن زیر ۵۰ درجه سانتیگراد و شوری آب آن کمتر از ۱۵ درصد باشد. (البته این محدودیت‌ها در مورد میکروب‌های گرما دوست و بی‌هوازی صدق نمی‌کند.)
۲٫ عدم وجود عناصر فلزی سنگین در محیط زیرا این فلزات اغلب موجب مسمومیت باکتری‌ها خواهند شد.
۳٫ برای انجام این روش بررسی دقیق میکروارگانیسم‌های موجود در مناطق نفتی لازم و ضروری به نظر می‌رسد.
۴٫ این روش در مخازن با عمق بیش از ۳۰۰۰ متر کاربرد چندانی ندارد. زیرا در این مخازن فشار و دما بیش از حد تحمل میکروبها می‌باشد.
۵٫ تراوایی سنگ مخزن بیش از ۵۰ میلی دارسی بوده و تخلخل آن نیز حداقل ۵/۱۳ درصد باشد.
۶٫ تولید مواد زائد ناخواسته (مانند گازهای گوگردی) توسط برخی میکروب‌ها که موجب ایجاد خوردگی در دستگاه‌های استخراج می‌گردد. برای رفع این نقیصه بررسی دقیق عملکرد هر میکروب بسیار ضروری است تا خسارت‌های ناشی از این مورد به حداقل برسد.

بررسی ظرفیت‌ها و موانع به کارگیری فناوری‌های زیستی در کشور:
کشور ما بعنوان یک کشور در حال توسعه و برخوردار از منابع سرشار نفت و گاز برای پیشرفت سریع و کارآمدتر باید اقدامات اصلاحی و بعضا اساسی را جهت ایجاد تحول در روند موجود در صنعت نفت و علی‌الخصوص صنایع بالادستی آنهم مطابق با فن آوری پیشرفته جهانی بانجام رساند.
اولین گام در راه استفاده از روش میکروبی برای ازدیاد برداشت از مخازن ایران انجام مطالعات جامع پیرامون وضعیت مخازن کشور و امکان سنجی استفاده از این روش در این مخازن می‌باشد. در این میان بررسی مطالعات صورت گرفته بر روی مخازن، مخازنی که از نظر نوع سنگ و سیال با مخازن ایران شباهت داشته باشد و همچنین استفاده از تجارت کشورهای پیشگام در این روش، راه‌ را برای کسب این تکنولوژی و بومی سازی آن هموار خواهد کرد.

واضح است که استفاده از روش‌ میکروبی برای ازدیاد برداشت نفت نیازمند وجود زیرساخت‌های مناسب در بخش زیست فناوری می‌باشد. خوشبختانه وجود متخصصین و مراکز فعال تحقیقاتی در زمینه بیوتکنولوژی در کشور، زمینه مناسبی را در استفاده از این تکنولوژی در همه صنایع و بویژه صنایع نفت فراهم آورده است. برای بهره‌مندی از مواهب استفاده از فناوری‌های زیستی در کشور، وجود یک سازوکار مناسب جهت رشد سریع و همگام با کشورهای پیشرفته جهان ضروری می‌باشد. این امر مستلزم سرمایه‌گذاری کافی در این بخش و هماهنگی همه دستگاه‌های مرتبط می‌باشد. آنچه مسلم است نقش صنعت نفت، به عنوان یک صنعت استراتژیک و بزرگترین صنعت کشور، در پیشبرد استفاده از این فناوری در کشور بسیار موثر خواهد بود.

در ادامه با توجه به اهمیت بیوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی نو راهکارهای مناسب جهت استفاده از آن در بخش‌های مختلف مطرح می‌شود.

مدیریت تکنولوژی:
به طور خلاصه در بحث مدیریت تکنولوژی، پنج عامل زیر باید مورد توجه قرار گیرد:
۱- شناخت تکنولوژی‌های مرتبط و به روز
۲- به کارگیری تکنولوژی‌های روز
۳- تشخیص نیازهای آینده
۴- بدست آوردن نرم افزار و سخت افزار
۵- توسعه تکنولوژی های نو برای نیازهای آینده

راهکارهای رسیدن به فناوری بیوتکنولوژی:
برای جواب دادن به سوال فوق ابتدا باید دانست که برای رسیدن به تکنولوژی مورد نظر در هر سازمان چه راه‌هایی وجود دارد؟
۱- تحقیق و توسعه در درون سازمان
۲- سفارش فعالیت‌های تحقیق و توسعه‌ای به موسسات بروز سازمانی
۳- سرمایه‌گذاری مشترک تحقیقاتی با سایر بنگاه‌ها یا موسسات دانشگاهی و تحقیقاتی
۴- دریافت لیسانس تکنولوژی
۵- خرید تکنولوژی از دیگران

با توجه به موارد پنجگانه ذکر شده برای انتقال تکنولوژی، نو بودن بحث بیوتکنولوژی و همچنین پتانسیل بالای موسسات دانشگاهی و تحقیقات کشور راه اول و سوم رویکردهای مناسب برای رسیدن به فناوری بیوتکنولوژی در کشور می‌باشد. نو بودن تکنولوژی از این جهت حائز اهمیت است که فاصله ما با کشورهای پیشرفته فاصله زیادی نیست و یا گرایش به سمت این تکنولوژی می‌توان در آینده‌ای نزدیک ضمن استفاده از فواید آن در بخش‌های مختلف، جزء پرچمداران این تکنولوژی در دنیا باشیم.

مراحل توسعه تکنولوژی بر پایه رویکرد تحقیق و توسعه:
۱- تحقیقات بنیادی (Basic Research) : که در آن توسعه علم و دستیابی به دانش علمی مطرح می‌شود و در ابتدا کاربرد تجاری خاصی ندارد.
۲- تحقیقات کاربردی (Applied Research) : تلفیقی از فعالیت‌های علمی و مهندسی است که ایده‌ها را به شکل عملیاتی نزدیک می‌کند.
۳- توسعه (Development) : متضمن بهره‌برداری سیستماتیک از دانش یا فهم حاصل از تحقیقات است.
۴- ارتقای تکنولوژی (Technology Enhancement) : استمرار تلاش‌های دانشمندان و مهندسان در جهت پشتیبانی یا بهبود تکنولوژی موجود در حال توسعه است.

خوشبختانه طی سال‌های اخیر سرمایه‌گذاری خوبی در بخش‌های تحقیقاتی و توسعه فناری زیستی صورت پذیرفته است، که از آن جمله می‌توان به تعریف طرح‌ها و پروژه‌ تحقیقاتی مختلف در صنعت نفت کشور و حمایت از پروژه‌های دانشگاهی مرتبط با استفاده از بیوتکنولوژی در صنعت نفت اشاره نمود، اما تا رسیدن به نقطه مطلوب هنوز راه زیادی در پیش است. در دست‌یابی به دانش بیوتکنولوژی و استفاده از آن، هم مانند سایر تکنولوژی‌ها، نظام توسعه‌ای مورد نظر باید حاوی مشخصه‌های زیر باشد:
۱- هدفمند باشد؛ چنین نظامی ضمن جلوگیری از پراکنده کاری، اقدام به تدوین محورهای توسعه می‌نماید.
۲- آینده نگر باشد؛ توجه خاص به پژوهش‌ و تحقیق در زمینه بیوتکنولوژی در جهت تامین تکنولوژی آینده صنعت نفت.
۳- قابل رقابت باشد؛ نوآوری مدنظر باید زمینه لازم را جهت اجرا در صنعت نفت داشته باشد و در عرصه پر رقابت تکنولوژیک امروزی قابل طرح باشد.
۴- امکان پذیر باشد؛ در نظر گرفتن شاخص‌های اقتصادی و فنی مطالعات امکان سنجی جهت فراوری ایده تاکسب نتایج مورد نظر انجام پذیرد.

نتیجه گیری
با توجه به عمر نسبتا طولانی اغلب مخازن ایران، لازم است تا مطالعات جامعی در مورد کاربرد روش‌های مختلف ازدیاد برداشت در این مخازن صورت گیرد. روش میکروبی ازدیاد برداشت از مخازن نفت طی سال‌های اخیر به عنوان یکی از روش‌های موثر در ازدیاد برداشت مورد توجه قرار گرفته و مطالعات و آزمایشات بسیاری در مورد بکارگیری این روش صورت پذیرفته است. در ایران نیز با توجه به وجود مراکز فعال امر فعال در امر بیوتکنولوژی و تکنولوژی بومی در این بخش، زمینه مناسبی برای استفاده از این روش در مخازن نفتی وجود دارد که تحقق این امر، چنانچه به طور مفصل بیان شد مستلزم سرمایه گذاری بر روی تحقیقات و عملکرد مناسب و به هنگام در پیمودن مراحل توسعه این تکنولوژی برای پایه رویکرد تحقیق برای رسیدن به نظام توسعه‌ای مدنظر در این بخش می‌باشد.